水处理-汽水系统金属的腐蚀及防止.ppt

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1、锅炉汽水系统的腐蚀及其防止,芜湖市特种设备监督检验中心伍 韶 君,目录,1、金属腐蚀概论2、电化学基本知识3、影响电化学腐蚀的因素及防止方法4、锅炉给水系统金属的腐蚀5、锅炉汽水系统金属的腐蚀6、锅炉的除氧7、停用锅炉的腐蚀与保护,1.金属腐蚀概论,金属腐蚀：金属表面和周围介质发生化学作用而遭到破坏的现象。金属腐蚀的分类按腐蚀过程的机理，分为电化学腐蚀和化学腐蚀两类。电化学腐蚀：电极反应，腐蚀过程中有电流产生，在潮湿环境或水中易发生。如：氧腐蚀、酸性腐蚀。化学腐蚀：纯化学作用，无电流产生。如：过热蒸汽对过热器管内壁的腐蚀；高温烟气对管外壁的腐蚀。,1.金属腐蚀概论,按腐蚀形式，分全面性腐蚀、局

2、部腐蚀。全面性腐蚀可分为：均匀腐蚀和不均匀腐蚀。局部腐蚀可分为：溃疡状腐蚀、斑点状腐蚀、选择性腐蚀、小孔腐蚀、穿晶腐蚀、晶间腐蚀（又称苛性脆化）等。,2.电化学基本知识,2.1 电极电位Fe+H2O Fe2+H2O+2e（在溶液中）（在金属上）金属表面带有负电，水溶液带正电，在金属表面和此表面相接的溶液之间就有电位差，这种电位差称为该金属在此溶液中的电极电位。,2.电化学基本知识,2.2 平衡电位与非平衡电位当某金属与溶液中该金属离子建立起如下平衡：Me Me+e 此电极产生一稳定的电极电位，称为平衡（可逆）电位。若电极上失去电子和获得电子是靠不同的过程，Me+e Me+e H+H2O+e 1

3、/2H2+H2O在电极上得失电子的两种过程不可逆，为不可逆电极，不可逆电极所表现出来的电位叫非平衡（不可逆）电位。,2.电化学基本知识,2.3 原电池与腐蚀电池原电池：由化学能转变为电能的装置，由正、负极，电子，溶液组成。腐蚀电池：由于金属的组织以及和金属表面相接触的介质不可能完全均匀，在金属的某两个部分会形成不同的电极电位，会组成原电池，这种原电池是使金属发生电化学腐蚀的根源，称为腐蚀电池。,2.电化学基本知识,2.4 极化与去极化极化：电极电位的变化。原电池或腐蚀电池的阴极、阳极在接通后，阴极电位变低（往负的方向，称为阴极极化）、阳极电位变高（往正的方向，称为阳极极化），阴极和阳极的电位差

4、变小。去极化：促使原电池或腐蚀电池极化作用的减少或消除。极化作用可使金属的腐蚀过程变慢甚至完全停止。去极化作用则可加速金属的腐蚀。,2.电化学基本知识,2.4 极化与去极化在发生电化学腐蚀的条件下，溶液中必定有易于接受电子的物质，起消除阴极极化的作用，常称为去极化。去极化剂：起去极化作用的物质。如：PH值较低时，H+就是去极化剂。2H+2e2HH2水中O2可成为去极化剂。O2+2H2O+4e 4OH-,2.电化学基本知识,2.5 金属腐蚀速度的表示（1）腐蚀质量表示法Vw单位时间内，在单位面积上腐蚀掉的金属质量，通常以g/m2h为单位。（2）腐蚀深度表示法Vh单位时间内腐蚀的深度。通常以mm/

5、a为单位。Vh=8.76Vw/,3.影响电化学腐蚀的因素及防止方法,内在因素（金属本身）：金属的种类、结构、杂质及内部的应力等。外在因素（周围介质）：水中的含盐量、溶解氧浓度、pH值、温度与水的流速等。溶解氧浓度的影响 溶解氧浓度，腐蚀速度增大 但在高纯水中(氢电导率0.15uS/cm)，一定浓度的溶解氧形成保护膜，使腐蚀减弱。,2.影响电化学腐蚀的因素及防止方法,外在因素pH值当pH值很低（小于5），pH值越低，腐蚀速度越大。当pH在中性点附近（6.57.5），腐蚀速度受pH值的变化很小。当pH值较高（大于8以后），pH值增大，腐蚀速度降低。温度的影响 密闭系统中，温度越高，腐蚀速度越快。敞

6、口系统中，温度高于70，温度增加，腐蚀速度下降。,2.影响电化学腐蚀的因素及防止方法,外在因素水中盐类的含盐量和成分一般来说，水中含盐量，腐蚀的速度。含有CO32-和PO43-时，生成难溶的保护膜，腐蚀速度含有H+、Cl-、SO42-等离子，对钢铁表面的氧化物保护膜具有破坏作用，它们的浓度，腐蚀速度水的流速密闭系统中，水的流速，腐蚀速度热负荷热负荷，保护膜越容易破坏，腐蚀速度,2.影响电化学腐蚀的因素及防止方法,防止方法合理选用金属材料水质调节给水及锅水水质符合GB/T1576、GB/T12145形成表面保护膜特殊的保护方法,4.锅炉给水系统金属的腐蚀,4.1 氧腐蚀原理：FeFe2+2e O

7、2+2H2O+4e4OH-Fe2+2OH-Fe(OH)2 Fe(OH)2不稳定，进一步反应生成Fe3O4 腐蚀特征：表面形成许多直径从lmm到20mm、30mm不等的小鼓包。颜色可能呈黄、褐色、砖红色或黑褐色，次层是黑色粉末状物，这些都使腐蚀产物。将这些腐蚀产物除去之，便可看到一些大小不一的腐蚀坑，次层的黑色粉末通常Fe3O4，而在紧靠金属表面处还可能有黑色的FeO层。,4.锅炉给水系统金属的腐蚀,氧腐蚀的部位：运行中的给水管道、省煤器（尤其是省煤器入口段）、开口水箱、疏水系统。给水氧含量很高时，对炉管、过热器和蒸汽管路产生腐蚀。4.2游离二氧化碳的腐蚀原理：CO2+H2O H+HCO3-阴极

8、：2H+2e 2H H2 阳极：Fe Fe2+2e腐蚀特征：金属均匀变薄；腐蚀产物易溶，往往引起锅内结垢和腐蚀。腐蚀部位：补水管道（非软化水管）,5.锅炉汽水系统金属的腐蚀,5.1 氧腐蚀在特定条件下，如：除氧器工作不正常；在基建和停用期间，如没有采取适当的保护措施，空气进入锅内。5.2 沉积物下的腐蚀（1）碱性腐蚀 沉淀物下因锅水浓缩形成很高浓度的OH-而产生腐蚀。Fe+2NaOH Na2FeO2+H2大多发生在锅炉的受热面，且以单纯钠离子交换为补给水的情况，腐蚀产物主要成分为磁性氧化铁，呈黑色，,5.锅炉汽水系统金属的腐蚀,（2)酸性腐蚀锅水中含有杂质MgCl2和CaCl2，在沉淀物下发生

9、反应MgCl2+2H2O Mg(OH)2+2HClCaCl2+2H2O Ca(OH)2+2HCl在沉积物下可积累很高的H+浓度，导致H+对金属的去极化反应，称为沉积物下的酸性腐蚀。阳极反应：Fe Fe2+2e阴极反应：2H+2e H2 金属管壁和沉积物之间积累很多氢，部分氢可能扩散到金属内部，和碳钢中的碳化铁发生反应。Fe3C+2H2 3Fe+CH4造成碳钢脱碳，CH4会在金属内部产生压力，逐渐形成裂纹。,5.锅炉汽水系统金属的腐蚀,（2）酸性腐蚀酸性腐蚀发生在大部分管壁上，而且是均匀减薄，没有明显的凹坑。5.3 水蒸汽腐蚀过热蒸汽温度达450时，3Fe+4H2O Fe3O4+4H2温度达到5

10、70 以上时，反应生成物为Fe2O3水蒸汽腐蚀属化学腐蚀，腐蚀产物常常呈粉末状或鳞片状，多半是Fe3O4，发生的部位一般在汽水停滞部分和蒸汽过热器中。,5.锅炉汽水系统金属的腐蚀,5.4 应力腐蚀之一：锅炉碱脆（岢性脆化）应力腐蚀：金属材料在应力和腐蚀介质共同作用下产生的腐蚀。从广义上讲，包括应力腐蚀破裂和腐蚀疲劳。奥氏体不锈钢在含氯离子溶液中易引起应力腐蚀破裂，水压试验时，应控制水中氯离子浓度不超过25mg/l。锅炉碱脆产生的条件：锅水中含有游离的NaOH。锅水产生局部浓缩。受拉应力的作用。防止产生碱脆的方法：降低锅炉部件所受的拉应力。消除锅水的侵蚀性，即保持相对碱度小于0.2。,5.锅炉汽

11、水系统金属的腐蚀,5.5 锅炉的氢脆氢脆：氢扩散到金属内部使金属产生脆性断裂的现象。特征：氢脆产生的裂纹在断口上看往往是灰色的，基体上显出白色的亮区，很少分支，几乎是单方向的裂纹扩展。氢脆不属于应力腐蚀破裂。氢脆产生的部位：水冷壁管；酸洗时，在未清除的垢下，也有可能产生氢脆。防止方法：改善水质，减少金属的腐蚀，是阴极产生的氢下降；在金属材料中加入某些氢扩散率很低的合金元素。,6.锅炉的除氧,6.1 锅炉氧腐蚀的影响因素氧的浓度：氧浓度增加，腐蚀速度增加pH值的影响：pH值4，pH值下降，腐蚀速度增加。pH值410，腐蚀速度几乎不变。pH值1013，pH值增加，腐蚀速度下降。（保护膜）pH值13

12、，pH值增加，腐蚀速度增加。水的温度：密闭系统中，水温升高，腐蚀加快。水中离子：通常水中的H+、Cl-、SO42-对腐蚀起加速作用，OH-浓度不太大时，起抑制作用。水的流速：流速增加，氧腐蚀速度加快。,6.锅炉的除氧,6.2 锅炉氧腐蚀的防止要防止氧腐蚀，主要的方法是减少水中溶解氧的含量。热力除氧法原理：亨利定律，使水面上水蒸汽压力和外界大气压相等，其它气体的分压则为零，溶解在水里的气体全部逸出。热力除氧器类型：分为真空式、大气式和高压式。大气式：0.02MPa，104真空除氧在常温下，利用抽真空的方法使水沸腾以除去所溶解的气体。,6.锅炉的除氧,6.2 锅炉氧腐蚀的防止解析除氧：含有溶解氧的

13、水与不含氧的水强烈混合。化学除氧将化学药剂加入水中与水中氧起化学反应而除去氧气。亚硫酸钠除氧 2NaSO3+O2 2NaSO4亚硫酸钠和氧反应的速度与温度、pH值、氧浓度、药品过剩量、水中离子成分有关。联胺除氧 N2H4+O2 N2+H2O联胺有毒，含有联胺的蒸汽不宜作生活用。,6.锅炉的除氧,6.2 锅炉氧腐蚀的防止化学除氧钢屑除氧含有溶解氧的水流经装钢屑的过滤器。3Fe+2O2 Fe3O4新型除氧剂如：碳酸肼、对苯二酚等。,7.停用锅炉的腐蚀与保护,7.1 停用锅炉的腐蚀特点：主要是氧腐蚀，表现为全面腐蚀，腐蚀严重时也常出现皿状腐蚀和孔蚀。腐蚀产物以高价氧化铁为主，表面显黄褐色。7.2停用

14、锅炉的保护方法的分类及选择原则（1）停用保护方法分类阻止空气进入锅炉汽水系统内部。降低锅炉水汽系统内部的湿度。使用缓蚀剂。,7.1 停用锅炉的腐蚀特点：主要是氧腐蚀，表现为全面腐蚀，腐蚀严重时也常出现皿状腐蚀和孔蚀。腐蚀产物以高价氧化铁为主，表面显黄褐色。7.2停用锅炉的保护方法的分类及选择原则（1）停用保护方法分类阻止空气进入锅炉汽水系统内部。降低锅炉水汽系统内部的湿度。使用缓蚀剂。,7.停用锅炉的腐蚀与保护,7.停用锅炉的腐蚀与保护,7.2停用锅炉的保护方法的分类及选择原则（2）选择停用保护方法的原则锅炉参数与类型水质要求比较高的锅炉，采用充氮或联胺和氨。水汽系统结构复杂锅炉，局部不易放干，不宜用干燥剂法。停用时间的长短热备用状态的锅炉，一般采用保持蒸汽压力法。、短期停用的锅炉，一般采用湿式保护。考虑现场条件包括设计条件、给水水质、温度和药品来源。,7.停用锅炉的腐蚀与保护,7.3锅炉常用的停用保护方法（1）干式保护法包括：热炉放水余热烘干法、负压余热烘干法、邻炉热风烘干法、干燥剂去湿法、充氮法、气相缓蚀剂法。（2）湿式保护法包括：氨水法、氨-联胺法、蒸汽压力法、给水压力法等。（3）联合保护法充氮或充蒸汽的湿式保护法。,